問題集の問題
次の物質の結晶(個体)の状態における結合の種類および働く力を答えよ。
(1)CaO (2)HF (3)SiO (4)Ar (5)NH4Cl (6)Al (7)CsCl (8)SiO2 (9)CO2 (10)H2O 

問題集の解答
(1)イオン結合(2)共有結合,水素結合,分子間力 (3)共有結合 (4)分子間力 (5)イオン結合,共有結合,配位結合 (6)金属結合 (7)イオン結合 (8)分子間力,共有結合 (9)水素結合,共有結合 (10)イオン結合,共有結合,配位結合

結晶・結合の種類はどのように見分けるのですか。 周期表を見ればわかることなんですか。

化学がこのあたりからわからなくなっているので、独学で勉強しなおしています。
よろしくお願いいたします。

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A 回答 (5件)

(2)イオン結合は、金属元素と非金属元素


  の回答で第2周期では窒素を境目に、窒素=非金属、と金属との結合はイオン結合と共有結合の中間となります。酸素との化合:酸化物=酸化物イオンとの化合(ただし相手は金属:非金属の酸化物は共有結合)はイオン結合。炭化物=共有結合性物質。です。
 次は極性分子について、です。電気陰性度(電子を引きつける度合い)の違いによります。2原子分子では電気陰性度の大きい元素の方に共有電子対が引きつけられますから、例えばHClではClが電気陰性度大なので共有電子対が引きつけられ、Cl側が「-」にH側が「+」に電荷の偏りを生じます。だから、2原子分子で同じ元素同士の結合以外は極性分子となります。
 立体モデルでは、その対象原子を中心とした正四面体を考えて下さい。中心に対象原子、正四面体の頂点に結合する原子を考えます。メタンCH4では、中心が炭素原子、頂点の4つが水素ですから全体的に電荷の偏りが無いから無極性分子です。アンモニアNH3は、窒素原子が中心で水素原子が3頂点を占め、あとの1頂点が非共有電子対となります。だから、極性分子。水H2Oは同様に酸素原子が中心、2個の水素原子が2頂点、あとの2頂点は非共有電子対が占めます。だから、立体配置により極性分子。この非共有電子対を利用して、例えば、水素イオンが結合してアンモニウムイオンNH4+やオキソニウムイオンH3O+ができる結合を配位結合といいます。
 二酸化炭素は、O=C=O で示されるように、共有電子対がO-C間で2対です。(2重結合:ダブルボンドといいます。)の結果中心の炭素原子には非共有電子対が存在しません。このときは分子は直線構造をとりますから、分子全体で電子の偏りが無いので無極性分子となります。同様に考えて、エチレンやアセチレンも無極性分子となります。
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(1)金属結合は、 金属元素と金属元素


たいていそうですが。ふつうは同じ金属同士です。異金属だと、合金や固溶体になります。が金属結合と考えてもよいでしょう。
(2)イオン結合は、金属元素と非金属元素
 これも、一般的にはOK。ただし、金属と非金属の中間物質、SiやGeなどの半導体につかわれるものはちょっと違う。共有結合するものもある。
(3)共有結合は、 非金属元素と非金属元素
 これも、一般的にOK。
なんでしょうか?
配位結合とは?共有結合は原子や原子団が電子を出し合い持ち合う=共有電子対の形成による結合なんですが、配位結合は、ある原子団や、原子、イオンなどの持つ非共有電子対を結合に使用し、一方は電子を出さないのです。
 非共有電子対の存在は分子の形にも影響します。
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結合の種類については dragon-2 さんの詳しい説明がありますので,「結晶の種類」と「結合の種類」の関係について。



結晶には,イオン結晶,共有結晶,金属の結晶,分子結晶,があります。

イオン結晶:
陽イオンと陰イオンを構成粒子とするもの。塩化ナトリウム等。イオン結合からなる。

共有結晶:
構成粒子がすべて共有結合で結ばれているもの。ダイヤモンドや二酸化ケイ素 (SiO2) 等。共有結合からなる。

金属の結晶:
金属原子の陽イオンが金属結合によって規則正しく配列した結晶。金属結合からなる。

分子結晶:
分子が規則正しく配列してできた結晶。二酸化炭素 (CO2),ヨウ素 (I2),ナフタレン等。また,希ガスや塩素 (Cl2) 等は常温では気体だが低温では分子結晶になる。分子間力からなる。また,分子結晶の中には,水のように分子間に水素結合が形成されているものもある。


次のペ-ジも参考になると思います。

Cherun's room( http://hiroshima.cool.ne.jp/cherun/
このペ-ジの「No.05_結合の種類」と「No.06_結晶の種類」

楽しい高校化学 Verchal Chemical World( http://www.yamamura.ac.jp/chemistry/index.html
ここの「物質の構成」のペ-ジの第8-12章


ところで,この「問題集の解答」って何かおかしくないですか。
(9) CO2 が「水素結合」? 水素がないのに。
(10) H2O が「イオン結合,配位結合」? 結晶状態(固体)で水がイオン化している?

それとも,私が間違っているのか?最近はこうなのか?
dragon-2 先生いかがでしょうか。
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 原子個々の性質に対しての一般的内容として答えます。


 元素の周期表を見て下さい。周期表は縦の列は同じような性質をもつ物質が並んでいます。これを同族原子といい、価電子数が同じなのです。ただし、遷移元素はのぞきます。ここで、価電子とは、一般に一番外の電子殻に存在する電子のことです。電子の入る軌道を電子殻といいますが、これは内側よりK(2)、L(8)、M(18)、N(32)・・・となっています。( )内数は電子の最大数。つまり、水素は電子1個がK電子殻に存在で価電子が1個、ヘリウムは電子2個がK電子殻に存在し、いっぱいとなるので、価電子数を0とする。リチウムは電子3個がK電子殻に2個L電子殻に1個となり価電子数は1となります。このようにして、内側から順に、(本当はエネルギー準位が低いところから)電子が埋まっていきます。元素番号9のフッ素は価電子数が7、次のネオンはL殻もいっぱいで、価電子数を0とします。この価電子が原子同士のつながり=結合に関係します。
 さらに、第18族(希ガス元素)は不活性=安定なものなのです。つまり、この電子配置をとると、物質は安定します。ので、各元素は電子のやりとりをして、希ガス型電子配置をとろうとします。第1族や第2族は電子を放出して、陽イオンになりやすいのです。
 (例)Na→Na+ + e-
    ナトリウムは価電子1個を放出して、安定なネオンと同一電子配置のナト   リウムイオンになりやすい。
第16族や第17族の元素は電子を受け取って陰イオンになりやすいのです。
 (例)Cl + e- →Cl-
    塩素は電子1個を受け取り、安定なアルゴンと同一電子配置の塩化物イオ   ンになりやすい。
と、周期表の両端は分かりましたか?したがって、この、陽イオンと陰イオンが結合するときはイオン結合性の物質となります。
 周期表の内側の元素はイオンになるより、電子をお互いに持ち合って結合する共有結合となりやすいのです。
 金属は自由電子をもつ、特有の金属結合(金属結合の結晶)となります。
あとは、その物質は分子が存在するかによります。共有結合物質は巨大結晶をつくらないかぎり、一般に分子が存在します。(水や二酸化炭素など)これが結晶をつくるときは、分子間力によります。水やフッ化水素のように極性が強い分子では、その分子内に偏在した電荷によって「+」と「-」が引き合い結合する「水素結合」があります。なお、希ガス元素は反応性が低いので、原子1個で分子となります。(単元子分子といいます。)
 また、共有結合の結晶にはダイヤモンドや石英(SiO2)などがあります。これは、個々に覚えなくてはしょうがないですね。
 教科書どうりの説明で説明になっていないかもしれませんが、もしかして、化学結合の種類と結晶の種類がこんがらがっているのではありませんか。
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この回答へのお礼

ありがとうございます。

(1)金属結合は、 金属元素と金属元素
(2)イオン結合は、金属元素と非金属元素
(3)共有結合は、 非金属元素と非金属元素
なんでしょうか?
配位結合とは?共有結合との違いは何ですか。

お礼日時:2001/01/26 16:33

すべてを説明するのは大変なので、キーワードを・・・



結合の判別は原子の「電気陰性度(電子の引きつけやすさの度合い)」により決まります。電気陰性度は、一般に周期表の左下から右上に向かって大きくなり、フッ素が最強です。
逆に電気的に陽性な元素、すなわち「イオン化エネルギー」の比較的低い元素は金属として存在しますが、その原子の結合を金属結合といいます。


少し専門的な話・・・

基本的に化学結合は、正電荷の原子核と負電荷の電子との間の静電引力と、不確定性原理による効果により生じます。

単純な例で言うと、距離が離れた位置に原子核N1、N2があり(ともに正電荷)、N1に負電荷の電子eが引きつけられているとします。

  N1-e          N2

ここで、静電引力により、N1にeが落ち込まないのは、不確定性原理によります。すなわち、もし電子が核に引っ付くと、電子の”位置”と”運動量”が同時確定する事になりますが、これは不確定性原理に反することなのです。

で、このN1、N2の距離が近づいてくるとeは、N1との強い引力を振り払って、N2と静電的に結合しようとする確率がでてきます(実はこの確率が存在することが極めて重要!!)。当然これはどちらにも移動する確率があるので、

  N1-e・・・N2   <->   N1・・・e-N2     [1]

の様な状態が存在するのです。
このとき、電子は”移動する範囲が広がるため”、不確定性原理により、”運動量の低下”が起こり得ます。すなわち、一カ所に電子が局在化しているより、二カ所をうろついている方が、”運動エネルギーの低い状態が存在する”のです。これが、化学結合の安定化の要因です(波動関数を考慮するともっとはっきりします)。

で、この電子の移動確率がほぼ等しい(2核の電気陰性度がほぼ等しい)場合、電子を両者が共有していることになり(共有結合)、一方に平衡が片寄ってる(電気陰性度が異なる)場合、電子を引きつけてる方は負電荷を帯び、引きつけてない方は、正電荷を帯びてるので、両者は静電的に引き寄せられます(イオン結合)。

どんな結合にしても、基本的には静電的引力(クーロン力)によります。
ちなみに、希ガスや無極性分子においても、原子核周囲の”電子雲の揺らぎ”により、瞬間的に分極するため、それによる静電引力が弱い結合を生じます。
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この回答へのお礼

ありがとうございます。

もう一つ質問ですが、
分子の極性とは何ですか。
教科書には、直線形・V字型・三角錐型・正四面体型がある、とありますが、
分子の立体構造は、化学式からどう判断するのですか。
定期テストや入試で、これが問われた場合どう処理するのかお教え下さい。
たとえば、
(1)H2O (2)LiF (3)HCl (4)CO2 (5)CaOのうち無極性分子を選べ。解答(4)
なぜ?

お礼日時:2001/01/26 16:44

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Q分子結合について

質問を見てくれて有難うございます

今、科学部の調べ物で、結晶について調べているのですが、結晶の結合の種類、イオン結合、金属結合、ともう一つ、分子結合というのがあるらしいんです、で分子結合とはどんなものかについて調べたんですが、自分の力不足のために納得できるページが見つからず、皆様方のお力を借りたいと思って投稿しました。

非常に自分勝手な質問ですがよろしくおねがいします。

Aベストアンサー

まず、結晶はイオン結晶・共有結晶・金属結晶・分子結晶の4つがあります。

★イオン結晶…
結合の種類はイオン結合で、結晶の構成粒子は陽イオンと陰イオン。イオン結合とは、陽イオンと陰イオンが静電気的引力(クーロン力)によってひきあっている結合のことで、イオン結合は、電子を失って陽イオンになりやすい陽性元素(金属元素)と電子を取り入れて陰イオンになりやすい陰性元素(非金属元素)との間でも生じます。
例としては、塩化ナトリウム・酸化マグネシウム・炭酸カルシウムなどが挙げられます。

★共有結晶…
結合の種類は共有結合で、結晶の構成粒子は原子。共有結合とは、原子どうしが互いに不対電子を供与して電子対を形成して、これを共有することによってできる結合のことで、一般に非金属原子間に生じます。
例としては、ダイヤモンド・炭化ケイ素・二酸化ケイ素などが挙げられます。

★金属結晶…
結合の種類は金属結合で、結晶の構成粒子は陽イオンと自由電子。金属結合とは、金属固体内の規則正しく配列した金属イオン間を動き回っている自由電子によって金属イオンが結びつけられている結合のことです。このとき、自由電子は電気や熱を伝える働きをしています。
例としては、ナトリウム・マグネシウム・鉄など、要は金属が挙げられます。

★分子結晶…
結合の種類は分子間の相互作用で、結晶の構成粒子は分子。分子間の相互作用とは、分子間に作用する比較的弱い相互作用のことで、分子間力(ファンデルワールス力)や水素結合のことになります。分子間力は、一般に分子量の大きい分子ほど強く、分子量がほぼ同じ時には極性分子の方が無極性分子よりも強くなります。つまり、分子結晶とは、分子間力や水素結合などの相互作用によって規則的に配列した固体のことです。(一般にやわらかく、融点・沸点は低いです。それから、昇華しやすいものも多いです。)
例としては、ヨウ素・アルゴン・ナフタレン・スクロースなどが挙げられます。

不必要な所もあるかもしれませんが、こんな感じです。少しでも参考になれば…♪

まず、結晶はイオン結晶・共有結晶・金属結晶・分子結晶の4つがあります。

★イオン結晶…
結合の種類はイオン結合で、結晶の構成粒子は陽イオンと陰イオン。イオン結合とは、陽イオンと陰イオンが静電気的引力(クーロン力)によってひきあっている結合のことで、イオン結合は、電子を失って陽イオンになりやすい陽性元素(金属元素)と電子を取り入れて陰イオンになりやすい陰性元素(非金属元素)との間でも生じます。
例としては、塩化ナトリウム・酸化マグネシウム・炭酸カルシウムなどが挙げられます。

★共...続きを読む

Q分子結晶と共有結合の結晶の違いは?

分子結晶と共有結合の結晶の違いはなんでしょうか?
参考書を見たところ、共有結合の結晶は原子で出来ている
と書いてあったのですが、二酸化ケイ素も共有結合の
結晶ではないのですか?

Aベストアンサー

●分子結晶
分子からなる物質の結晶。
●共有結合の結晶
結晶をつくっている原子が共有結合で結びつき、
立体的に規則正しく配列した固体。
結晶全体を1つの大きな分子(巨大分子)とみることもできる。

堅苦しい説明で言うと、こうなりますね(^^;
確かにこの2つの違いは文章で説明されても分かりにくいと思います。

>共有結合の結晶は原子で出来ている
先ほども書いたように「原子で出来ている」わけではなく、
「原子が共有結合で結びついて配列」しているのです。
ですから二酸化ケイ素SiO2の場合も
Si原子とO原子が共有結合し、この結合が立体的に繰り返されて
共有結合の物質というものをつくっているのです。
参考書の表現が少しまずかったのですね。
tomasinoさんの言うとおり、二酸化ケイ素も共有結合の結晶の1つです。

下に共有結合の結晶として有名なものを挙げておきます。

●ダイヤモンドC
C原子の4個の価電子が次々に4個の他のC原子と共有結合して
正四面体状に次々と結合した立体構造を持つのです。
●黒鉛C
C原子の4個の価電子のうち3個が次々に他のC原子と共有結合して
正六角形の網目状平面構造をつくり、それが重なり合っています。
共有結合に使われていない残りの価電子は結晶内を動くことが可能なため、
黒鉛は電気伝導性があります。
(多分この2つは教科書にも載っているでしょう。)
●ケイ素Si
●炭化ケイ素SiC
●二酸化ケイ素SiO2

私の先生曰く、これだけ覚えていればいいそうです。
共有結合の結晶は特徴と例を覚えておけば大丈夫ですよ。
頑張って下さいね♪

●分子結晶
分子からなる物質の結晶。
●共有結合の結晶
結晶をつくっている原子が共有結合で結びつき、
立体的に規則正しく配列した固体。
結晶全体を1つの大きな分子(巨大分子)とみることもできる。

堅苦しい説明で言うと、こうなりますね(^^;
確かにこの2つの違いは文章で説明されても分かりにくいと思います。

>共有結合の結晶は原子で出来ている
先ほども書いたように「原子で出来ている」わけではなく、
「原子が共有結合で結びついて配列」しているのです。
ですから二酸化ケイ素Si...続きを読む

Q高分子材料について

歯車やプーリーなどのは最近金属から高分子材料に置き替われていて、高分子材料の使用の高まりが目覚ましいものがあります。
このような高分子材料は熱的性質にも優れているのですが、耐熱性の他にどのような熱的性質が実用として求められるられるのでしょうか?どなたか教えて下さい。
また金属の代用品として高分子材料を使う利点として、私が考えられるのは軽量化ぐらいしか思いつかないのですが、他にどんな利点がありますか?できればそれも教えて下さい。お願いします。

Aベストアンサー

 熱的性質と言えるかわかりませんが、最近ではリサイクル性ということも要求されることが多くなりました。つまり、加熱して溶融し再成型(マテリアルリサイクル)する際などに分子鎖の切断が起きてしまっては困ります。また、もっと加熱して原料モノマーなどまで分解して再使用することもありますが(ケミカルリサイクル)、この場合は容易に分子鎖が切断できる(解重合する)ものが良いでしょう。ついでに、最終的に熱(燃料など)として利用するサーマルリサイクルという考え方もあります。そうそう、リユースというリサイクルもありますよ。これは飲料などのボトルでドイツなどでは行われていますが、これには耐熱性、耐擦傷性、耐摩耗性、耐加水分解性、耐溶剤性などの性質が要求されます。
 金属の代替については曲げに対する強度が強いことや、接着性、透明な材料ができる、着色が可能、弾性を持たすことが可能、など挙げればきりがありません。

Q分子式と組成式の違い

えっと…初歩的なことで今更あれなんですが、分子式と組成式の違いがよく分かりません。
お分かりになる方、お教えください。

Aベストアンサー

分子式というのは分子が存在する物質に限って用いられ、その分子に含まれている原子をその数とともに示したものです。
たとえば、水:H2O、アンモニア:NH3といった感じです。


組成式というのは、その物質を構成している原子を最も簡単な整数比で表したものですが、それには2つの可能性があります。
(1)分子が存在する場合でも、種々の理由によって、分子式で表すのが困難な場合には組成式で表します。
たとえば、ダイヤモンドやイオウは高分子ですので、分子式で表そうとすれば構成している原子数を知る必要がありますが、それは個々のダイヤモンド等によって異なっており、正確な原子数を知ることは不可能です。したがって、ダイヤモンド:C、イオウ:Sのように表します。
また、高分子以外でも、種々の理由によって、たとえばベンゼン:C6H6などを、CHという組成式で表すこともあるでしょう。

(2)分子を形成しない物質の場合には、組成式で表します。たとえば、食塩をNaClと表しますが、これはNaClという分子があるのではなく、Na原子(あるいはNa+)とCl原子(あるいはCl-)が1:1で含まれていることを意味します。イオン結合を形成する物質の中には、このように組成式で表されるものが多いと言えるでしょう。

分子式というのは分子が存在する物質に限って用いられ、その分子に含まれている原子をその数とともに示したものです。
たとえば、水:H2O、アンモニア:NH3といった感じです。


組成式というのは、その物質を構成している原子を最も簡単な整数比で表したものですが、それには2つの可能性があります。
(1)分子が存在する場合でも、種々の理由によって、分子式で表すのが困難な場合には組成式で表します。
たとえば、ダイヤモンドやイオウは高分子ですので、分子式で表そうとすれば構成している原子数を知る...続きを読む


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